泛在電力物聯網實施策略分析

嚴杰峰　雷明

摘要：建設泛在電力物聯網是實現能源轉型目標的必要手段。為了實現能源轉型，風電光電等可再生能源裝機容量不斷增加。這些能源的隨機性給電力系統的功率平衡造成巨大壓力，有時不得不棄掉一部分風電光電。為了維持電力系統的穩定運行、提高風電光電的利用率，必須對可控負荷和分散式發電進行控制。隨著交直流輸電規模的迅速擴大，分布式發電設備接入類型與數量快速增加，導致電網復雜程度不斷提升，對傳統電網形態提出了挑戰。另一方面，人工智能技術的發展也對電網的功能以及運行方式提出了新的要求。因此，結合泛在物聯技術將現有電力系統建設成泛在電力物聯網是未來電力能源體系的發展趨勢，也是當前階段國家電網最緊迫、最重要的任務，而泛在電力物聯網實施策略的研究，能夠提升其安全防護技術，能夠促使其發展朝著繁盛的方向前進。基于此，本文主要分析了泛在電力物聯網實施策略有關內容，可供參考。

關鍵詞：泛在;電力;物聯網;實施策略

1概述

泛在電力物聯網不僅是技術的創新，更是管理的創新。建設泛在電力物聯網可以全面感知源網荷儲設備運行狀態和環境信息，用市場辦法引導用戶參與電力系統調峰調頻，通過虛擬電廠和多能互補提高分布式新能源友好并網水平和電網可調容量占比，緩解棄風棄光，促進清潔能源消納。常規發電廠、大型風電場以及光電站等已經和電力系統連接了，調度可以直接控制;泛在電力物聯網的主要任務是連接負荷和分散式發電，尤其是可控負荷。利用泛在電力物聯網，協同控制風電光電、可控負荷以及分散式發電等，可以提高風電光電利用率，實現能源轉型目標。電動汽車是可控負荷中最容易實現可控的，其次是熱水器、電熱鍋爐和空調等。利用泛在電力物聯網可以組織可控負荷參與電力系統調峰調頻。

2泛在電力物聯網的概述

2.1泛在電力物聯網的內涵

泛在物聯是指任何時間、任何地點、任何人、任何物之間的信息連接和交互。泛在電力物聯網是泛在物聯在電力行業的具體應用，是電力設備、電力企業、電力用戶、科研機構等與電力系統相關的設備及人員之間的信息連接和交互;它將發電企業及其設備、電網企業及設備、電力用戶及設備、供應商及其設備、設計院、科研單位等人和物連接起來，產生共享數據，為發電、電網、用戶、設備供應商、科研、設計單位和政府提供服務;以電網為樞紐，發揮平臺和共享作用，為電力行業和更多市場主體發展創造機遇，提供價值服務。通過應用大數據、云計算、移動互聯、人工智能、物聯網、區塊鏈、邊緣計算等信息技術和智能技術，匯集各方面資源，為規劃建設、生產運行、綜合服務、經營管理、新業務新模式發展、企業生態環境構建等各方面，提供充足有效的信息和數據支撐。建設泛在電力物聯網是社會和科技發展的必然。泛在電力物聯網的提出受到了業界的廣泛關注，尤其是信息及其相關產業。該概念涉及的內容包括了發電、輸電、配電、用電等方面的技術問題和經濟問題。

2.2泛在電力物聯網的主要特點和作用

（1）信息整合度高，通信方式簡便。電力系統的運行調控和數據監控必須精確無誤、快速傳達，想要達到這一效果需要有效的融合聯網和通信技術，簡化和提高局域電力的通信步驟和方式。泛在電力物聯網的本質是由ICT技術組建的應用場地，導入人工智能技術，實現電網信息化、智能化、互聯網化三項發展。在泛在電力物聯網傳遞運輸信息之前，需要對所采集的信息數據進行加工處理，做一個初步的預測，為后面的檢測省去不必要的麻煩。同時也可以保證龐大數據的安全，之后經過傳感系統，結合大數據運營分析，以此來判定電力資源和網絡通信的具體情況。接下來，會將所得結論傳送到用戶終端，以客服服務的方式為用戶解答相關的電力問題。

（2）信息感知全面豐富，組網迅速靈活。泛在電力物聯網主要是由“平臺”“網絡”“感知”組成，以信息物理融合（CPS）進行統一的設計，從而構建專業化的物聯網系統。它可以根據電力行業的實際需求來規劃和設計電力資源的分布和儲備，實現全面綜合的感知效果。當然，這一切都歸功于現代化的信息網絡技術，利用無線電技術來感知電力網的分布，所達到的監測數據全面豐富，而且組建物聯網也十分迅速。與此同時，無線電傳感設備的應用，使得電力網組建變得準確無誤，以自主共建協作的方式開展信息采集、處理和感知。由于物聯網所覆蓋的區域范圍相對廣泛，所以在電力監控上會出現一定的延遲現象，這并不影響它的感知效果。

（3）拓撲變化頻繁、具有一定的修復能力。泛在電力物聯網變化頻繁主要是有以下幾個原因：第一，根據“一體化聯動”能源互聯網生態圈的內容，傳感器的布置需要按照電力資源網的分布來安裝;第二，傳感設備在傳達信息數據時會產生極大的電磁干擾，為了節省基礎設備的維修資金，傳感器需要定時的休整變動;第三，由于長時間的工作運行，傳感設備容易出現一定的問題，如零件損壞、機械硬化以及終端連接錯誤等。雖然泛在電力物聯網會不定時的變化，但是這并不影響傳感器的高效運行，這時需要打開智能修復系統，讓傳感器自主檢查治愈，根據實時變動的信息來調整。電力系統的路線非常復雜，所以工作人員必須全面的考慮機械設備的精準度，合理的運用，正確的梳理電力線路的分布，依照泛在電力物聯網的“虛擬電廠”進行重整設計調和，提高基礎設備的利用率。

2.3建立泛在電力物聯網的目標

發揮泛在物聯網大數據的優勢是其建設的主要目標。電力數據來源各異，包含控制、計量、監測等不同類型、不同時空尺度，實現海量數據統一分析及深度挖掘，是其首要建設目標。電力數據服務對象不同，打破數據壁壘，實現不同業務貫通是其第二階段建設目標。最終將電力數據應用于各行各業之中，推廣不同行業廣泛參與的商業模式是其最終所要完成的建設目標。可見，泛在電力物聯網的實現，能夠使其在人工智能技術等數據知識挖掘技術得到普遍的發展以及應用。

2.4泛在電力物聯網的使命

智能電網和泛在電力物聯網相輔相成、融合發展，形成強大的價值創造平臺，共同構成能源流、業務流、數據流“三流合一”的能源互聯網。從三代電力系統發展歷程可見，能源轉型是必須的。發展風電和光電是實現能源轉型目標的必要手段。風電光電比例增加導致了棄風棄光，為了實現能源轉型目標，必須減少棄風棄光。泛在電力物聯網要解決的主要問題就是如何減少棄風棄光，提高新能源利用率，實現能源轉型目標。風電場、火電廠、光電站、水電廠和大型用戶等已經和調度連接了，泛在電力物聯網主要是連接用戶和分散發電，尤其是可控負荷用戶。把可控負荷和分散發電有效控制起來，以實現源網荷協同，減少棄風棄光。

3電力物聯網的實施策略分析

3.1提高電網安全經濟運行水平

當前，我國電網存在能源分布不均、網架結構不合理以及電網調節能力不足等問題。泛在電力物聯網可以有效地解決這些問題，并通過物聯網技術推動電力系統的發展，“發—輸—變—配”各個環節的安全穩定運行。結合物聯網技術，研發風能、太陽能、負荷實時監測以及功率預測系統，建立以火電機組為底層支撐的能源統一調控系統。結合物聯網技術提高輸電環節可靠性、設備狀態自動診斷技術，利用智能傳感及智能終端提升保護、通信等二次設備的感知能力以及終端智能，實現聯合處理、數據傳輸、綜合判斷等功能，能夠提升電網的安全性、可靠性與智能化水準。結合電力物聯網技術，建立智能配電管理系統（IDMS），實現配網狀態監測、智能巡檢、快速故障診斷恢復、優化運行控制與管理全部在線;對于難以線上工作的現場作業環節，通過電子身份認證、電子工作票以及在線監督，可以降低人員冗余，進而提高工作效率。

3.2保證清潔能源的消納，實施區域協調控制

基于泛在電力物聯網的發展背景，要想實現最大化的應用效果，政府必須保證清潔能源的消納，采取統籌式的控制管理。當下，主要是以水力發電，造成非常大的不良影響，而風電和光伏清潔能源市場占比份額相對較低，泛在電力物聯網是實踐應用可以極大地改變這一現象，促進能源的合理劃分，達到最理想化的效益。例如，在應用物聯網環節中，工作人員要先開展能源質量的分析，以物聯網終端來實施全息感知，以免出現一定的漏洞，保證能源控制的有效性。政府人員要以“網、源”為主要因素，借助AI智能系統來進行觀測，把得出的分析數據實時對比。之后，在安排專門的發電人員進行能源的聚合，通過多次的發電預測來計算清潔能源的消耗比例，從而實時區域的協調控制。如果出現負荷的現象，技術人員要依托物聯網，通過市場微觀調控，安排物聯管理中心來規劃能源的消納。

3.3提升電網資產管理水平

電網企業提出進行資產生命周期管理，以生命周期為成本管理的主線，實現資產物流，信息流以及資產價值流的集約化管理。實現資產管理以及精益管理的整個過程。隨著電網規模的擴大，變速器、變壓器以及配電設備的數量以及差動量的增加迅速增加，同樣也復雜了運行條件，常規設備巡檢通常都是通過電子設備以及人力來進行，巡檢任務十分巨大，一方面對人力巡檢提出了高的要求，另一方面，設備巡檢、管理、分析、評估的高度集中也迫切需要一種新的智能化手段。泛在電力物聯網，利用實物ID數據，實現設備資產規劃、采購、建設、運行等全方位在線評估，線下操作;與此同時，營銷員、物資人員以及建設人員也可以利用實物ID的動態數據，實現帳戶，卡片以及材料數據更新的獨特性，完整性，準確性以及及時性，提高設備賬、卡、物的管理水平。物聯網物理ID技術可以實現設備資產管理的識別，感知以及信息傳遞，提高電網資產管理水平。

3.4打造智慧能源的服務平臺

智能能源服務平臺為網格以及用戶提供了一個交互式平臺。利用合理的商業模式與激勵政策提升用戶參與電力互動的積極性，通過電動汽車參與電網調峰調頻對用戶進行電價補償，通過智慧能源服務平臺將傳統能源企業、園區工業、智慧城市、新興企業全部納入服務范圍，通過電動汽車網絡，光伏云網絡，終端邊緣計算等技術，提供新的能源服務，如互聯網金融，大數據運營以及在線供應鏈融資，超越基本供電服務。從而建成涵蓋發電運營、政府、金融機構、電網、第三方投資、用戶、裝置制造等在內的能源生態體系。

3.5智能電網

智能電網以物理電網為基礎，將現代先進的傳感測量技術、信息技術、通信技術、計算機技術和控制技術與物理電網高度集成而形成的新型電網。它以充分滿足用戶對電力的需求和優化資源配置，確保電力供應的安全性、可靠性和經濟性，滿足環保約束，保證電能質量，適應電力市場化發展等為目的，實現對用戶可靠、清潔、經濟、互動的電力供應和增值服務。智能電網貫穿發、輸、配、用全過程，建設智能電網，需要電力系統各領域的積極合作。智能電網主要具有堅強、自愈、經濟、集成、兼容、優化等特性。智能電網主要體現在：科學經濟的配網規劃;迅速的故障反應;可靠的電力供給;自適應的故障處理能力;更高的電能質量;可靠經濟的設備管理;支持分布式能源和儲能元件;與用戶的更多交互;允許用戶向電網提供多余的電力;根據用戶的信用控制電力的供給。

3.6開展新型物聯網的開發設計，保證泛在電力系統的安全性

泛在電力物聯網要融入智能電網，相互依托共同進步，實現產業模式的轉型。為了進一步提高電力的使用效率，政府和企業要正式開展新型物聯網的研發設計，保證泛在電力系統的可靠性，這是全面推進的基本途徑。以城市電力物聯網建設為例，政府和企業要密切的合作，成立專門的研究機構和部門，大力建設“泛在電力物聯網”，完善基礎的電力設備，并安排網絡監察小組定時的檢測“電力數據和通信接受、收范圍”。然后，政府行業機構要主動協調能源客戶和供應商之間的關系，引領兩者同時進行“內部用戶”體驗，感受“泛在”的信息寬廣性。接下來，政府公共事業部要在各級城市地區引入“物聯網”技術，給每個區縣下發相應的電力系統建設任務，并派遣專門的技術人員，輔助當地政府開發和研究“泛在電力物聯網”，結合本地區的電力和人群特點，實施精準的管理。最后，國家電網公司會對每個城市地區的“物聯網”實施統一的規劃，建立“三型兩網”的泛在電力模式。在這個過程中，政府要遵循“體系創新”的原則，組建高質量的研發隊伍，滿足每個用戶的根本需求，只有保證這一前提，才能真正地達到現代化的“物聯網”。

3.7風電水電協同運行

風力發電等隨機性可再生能源的接納是當前電力系統面臨的基本問題。風電的隨機性導致部分時間系統內功率過剩，風電場被迫關機或降低出力;而在其他時間系統有功功率不足，頻率降低或需要增加備用容量。風電場具有能量輸出，水電廠具有容量保證，風電和水電具有互補性。在保證系統安全運行條件下，考慮水電廠的水能儲備和風電場功率預測，根據風電場實時輸出功率，發揮水電機組的快速調節作用，目標是保證協同運行的水電廠和風電場向電力系統提供的有功功率之和按計劃輸出。從而將隨機電源轉化成能夠保證輸出功率的按計劃發電的電源，降低了含隨機電源的電力系統調度和運行的難度，減少了棄風。這種運行方式叫做風電和水電的協同運行（CHWG）。

3.8常規發電廠與新能源發電廠協同運行

（1）風電水電協同運行。風力發電等隨機性可再生能源的接納是當前電力系統面臨的基本問題。風電的隨機性導致部分時間系統內功率過剩，風電場被迫關機或降低出力;而在其他時間系統有功功率不足，頻率降低或需要增加備用容量。風電場具有能量輸出，水電廠具有容量保證，風電和水電具有互補性。在保證系統安全運行條件下，考慮水電廠的水能儲備和風電場功率預測，根據風電場實時輸出功率，發揮水電機組的快速調節作用，目標是保證協同運行的水電廠和風電場向電力系統提供的有功功率之和按計劃輸出。從而將隨機電源轉化成能夠保證輸出功率的按計劃發電的電源，降低了含隨機電源的電力系統調度和運行的難度，減少了棄風。這種運行方式叫做風電和水電的協同運行（CHWG）。風電水電協同運行機理及控制方法的理論研究，對揭示電力系統中隨機電源的獨立控制規律具有重要意義，為了解決大規模風電并網運行提供了新的思路。協同運行原理如圖1所示，以較少的水電能量協同較大的風電能量。協同運行原理同樣適用于可以深度調節的火電機組和風電場。

圖1風電水電協同運行原理圖

（2）風電火電打捆輸送。風電火電打捆輸送對減少棄風、實現新能源遠距離輸送具有重要意義。我國風能開發主要集中在風能資源豐富的三北地區，這些地區受電力負荷水平低、系統規模小、風電就地消納能力不足的限制，大規模風電必須送到區域電網內甚至其他區域電網消納。風電年利用小時數低，單獨遠距離傳輸經濟性差，同時傳輸線路上的功率頻繁波動不利于系統的安全穩定運行，采取風電火電打捆外送并對風電火電的有功功率進行協調控制，能有效地減小線路功率的波動，有利于系統的安全穩定運行。風火打捆外送已經在西北獲得應用。風火打捆適用于風電場和火電廠距離不太遠，可以使用同一線路輸送的場合。

（3）熱電廠的棄風蓄熱。東北西北等地區冬季風資源較好，此時需要供熱，熱電機組“以熱定電”必須發出一定的電功率，造成棄風。為了調峰需要，允許供熱電廠建設電蓄熱裝置，棄風加熱、存儲熱能，增加電網負荷谷值，從而為風電上網留出更大空間，提升風電消納率，降低熱電機組熱負荷峰值，且能為整個電熱聯合系統帶來經濟收益。熱電廠蓄熱儲能原理如圖2所示。其特點是風電場減少了棄風，部分收益分配給熱電廠，熱電廠用棄風電能是獲得收益的;而對社會的回饋是減少了煤炭的使用，為保護環境做出了貢獻。

圖2熱電廠蓄熱儲能原理圖

4可控負荷的有效控制研究

4.1可控負荷

電動汽車是可控負荷中最容易實現可控的，其次是熱水器、電熱鍋爐和空調等。利用泛在電力物聯網可以組織可控負荷參與電力系統調峰調頻。當然，可控負荷的控制應該和被控用戶有協議，并且用戶可以獲得被控收益，實現控制與被控制的雙贏。

4.2電動汽車的充放電控制

電動汽車（EV）是一種非常特殊的負荷，因為電動汽車不僅可以作為負載，還可以作為發電機，對應充電（G2V）和放電（V2G）模式。適用條件如下：第一，電動汽車屬于可控負荷，對其充電進行控制可以達到在時間上移動負荷，調整負荷曲線和響應新能源發電的目的。對于允許充電控制的汽車，給予電價優惠。第二，使用上達不到最佳充放電周期的電動汽車或者長時間閑置不用時，也會減少電池的使用壽命，適當的V2G有助于維護電池的壽命，同時車主可以獲得收益。但是頻繁的V2G模式會降低電池壽命，技術和經濟上都是不可行的。第三，在緊急情況下，電動汽車可以作為分布式儲能，保證就近的一級負荷供電，車主可以獲得應急支援的高額補償。因此，對電動汽車進行聚類分析，分類適當使用，將給電力系統和車主帶來雙贏。汽車的無線通信和網絡功能已經成熟并得到廣泛應用，基本具備控制條件。

5結語

總之，泛在電力物聯網主要是以電力系統為核心，結合智能終端傳感器、人工智能、通信網、云平臺技術，構成的復雜多網流系統。泛在電力物聯網通過交互人物信息、交互電力系統設備信息，實時將能源的消耗以及生產之間進行平衡，保障電網的經濟安全運行;另一方面也可以促進電力市場的開放，實現供需交易的快速響應，以及清晰明了的電網資產評估。泛在物聯技術與電力系統的結合，最終將會構建多方參與的能源生態體系。物聯網技術正處于應對這一挑戰的最前沿，它可以通過泛在的感知技術賦予電力系統動態的靈活感知、實時通信、智能控制和可靠的信息安全等能力，不斷提升電網運行控制和調度的智能化水平，持續深入提高各種類型能源之間的互動能力，從而使電網從單純的電力傳輸網絡向智能能源信息一體化基礎設施擴展，將現有的電力系統轉變為更高效、更安全、更可靠、更具彈性和可持續性的智能網絡化電力能源系統。

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作者簡介：

嚴杰峰（1985-12）;性別：男;職稱：工程師;學歷：工學學士;主要研究方向：電力營銷計量管理、電力通信技術;

雷明（1985-10）;性別：男;職稱：助理工程師;學歷：理學學士;主要研究方向：電力通信技術、用電管理、項目管理。